X
تبلیغات
بازی تراوین

پرتو گاما

ارسال شده در: سه‌شنبه 12 مرداد‌ماه سال 1389 ,نویسنده: امیر نظرات: 0 نظر چاپ

پرتو گاما

اشعه گاما نوعی از امواج الکترومغناطیسی است. طول موج آن بسیار کوتاه است و از ۱ تا ۰٫۰۱ آنگستروم تغییر می‌کند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر، سرعت آن برابر سرعت نور، بار الکتریکی آن صفر است. انرژی اشعه گاما از ۱۰ کیلو الکترون ولت تا ۱۰ مگا الکترون ولت تغییر می‌کند.

برد اشعه گاما بسیار زیاد است. مثلاً در هوا چندین متر است. خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلاً اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا ۱۰۰ و ذره آلفا ۱۰۴ خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتون‌های گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.وبه علم کمک بسیار اساسی می کند.

.

این اشعه تنها از یک تکه فلز سرب به طول ۴۰ سانتی متر نمی‌تواند عبور کند. این پرتو از لحاظ انر‍ژی شباهت بسیاری با اشعه ایکس دارد ولی مهمترین تفاوت این اشعه با اشعه ایکس در این است که اولاً منشا تولیداشعه ایکس یک واکنش اتمی است در حالی که منشا تولید اشعه گاما یک برهمکنش هسته ای است و دوم اینکه طیف اشعه گاما نسبت به اشعه ایکس همدوس تر و متمرکز تر می باشد.اشعه گاما Gamma ray اشعه ای که در انتهای طیف ودر بالاتر از منطقه اشعه ایکس قرار دارد.طول موج امواج گاما کمتر از چهارصدم نانومتر است. انرژی فوتونهای گاما بین ۱۰۰۰۰الکترون ولت تا یک میلیون الکترون ولت است.بر خلاف اشعه ایکس منشاءآن انتقالات بین حالت های مختلف درون هسته می باشد. تولید این اشعه در پدیده های اخترفیزیکی به شکل موارد زیر می باشد ۱-واپاشی هسته های رادیو اکتیو در انفجارات ابرنواختری ۲- در واکنشهای اشعه کیهانی ۳-تابش انحناء در میدان های مغناطیسی بسیار قوی ۴- برخورد ذرات ماده و ضد ماده.قدرت نفوذ اشعه گاما بسیار زیاد است برای جلوگیری از نفوذ آن از فلزاتی مانند سرب وتنگستن استفاده می شود. انفجارات ابرنواختری ،برخورد میان کهکشانها، کوازار ها ، تپنده ها وواکنشهای نزدیک به سیاهچاله ها از منابع اصلی تولید اشعه گاما در طبیعت به حساب می آیند. ماه، منبع پرتو گاما(حتی قویتر از خورشید) در منظومه شمسی ماست. خورشید به تنهایی میزان بسیار اندکی پرتو گاما تولید می کند (البته به جز شراره های خورشیدی) چرا که انرژی کافی برای شتاب دادن ذرات را ندارد. پرتوهای گامای رصد شده از ماه نیز از برهم کنش مابین امواج کیهانی و سطح ماه تولید و ساطع می شوند. چنین اتفاقی بصورت مشابه در خورشید هم شاید رخ بدهد اما میدان مغناطیسی خورشید، مانع از آن می شود تا این امواج کیهانی به سطح آن برسند. چنین بر هم کنش هایی همچنین باعث می شوند تا جو زمین از لحاظ پرتوهای گاما بسیار درخشان به نظر برسد.هیچ منبع پرتوی گامایی به جز اینها در فواصلی نزدیک به ما (در منظومه شمسی)، تاکنون دیده نشده است

تمامی تصاویر پرتو گاما (و همچنین پرتو X وامواج رادیویی ، مادون قرمز ، ماورای بنفش و ...)بدست آمده از تلسکوپهای فضایی مانند تلسکوپ گلاست و تلسکوپ کامپتون بصورت مجازی رنگ آمیزی می شوند. رنگ های متفاوت نور عادی، برای نمایش دادن میزان قدرت پرتوگاما و یا انرژی آنها به کار می روند. اگر چه دانشمندان در واقع اینگونه تصاویر را برای برقراری ارتباط بیشتر با عموم تولید می کنند، تمامی اطلاعاتی که - از طریق این رصدها - به دست می آید، بصورت عددی است که برای استخراج داده های علمی، این اعداد و ارقام هستند که پردازش می شوند. حتی زمانی که دانشمندان، تصاویر را آنالیز می کنند، در واقع به بررسی اعدادی مشغولند که چنین تصاویری را ساخته اند.

دید کلی

با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.

فروپاشی گاما

در فروپاشی گاما ، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:

AZX*-------->AZX + γ


که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.


حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما ، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

حالتهای فروپاشی گاما

·  نشر اشعه گامای خالص :

در این حالت فروپاشی گاما ، اشعه گامای منتشر شده بوسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت می‌باشد، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی( همراه می‌باشد، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.

·  حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی :

در این حالت فروپاشی ، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه ، الکترونهای اوژه ، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی می‌باشد. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی می‌باشد.

با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.

·  حالت فروپاشی بصورت جفت:

برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگتر از 1.02 میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند ، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.

انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و 1.02 میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.

اشعه گاما

اشعه ای که در انتهای طیف ودر بالاتر از منطقه اشعه ایکس قرار دارد.طول موج امواج گاما کمتر از چهارصدم نانومتر است. انرژی فوتونهای گاما بین ۱۰۰۰۰الکترون ولت تا یک میلیون الکترون ولت است.بر خلاف اشعه ایکس منشاءآن انتقالات بین حالت های مختلف درون هسته می باشد. تولید این اشعه در پدیده های اخترفیزیکی به شکل موارد زیر می باشد ۱-واپاشی هسته های رادیو اکتیو در انفجارات ابرنواختری ۲- در واکنشهای اشعه کیهانی ۳-تابش انحناء در میدان های مغناطیسی بسیار قوی ۴- برخورد ذرات ماده و ضد ماده.قدرت نفوذ اشعه گاما بسیار زیاد است برای جلوگیری از نفوذ آن از فلزاتی مانند سرب وتنگستن استفاده می شود.

انفجارات ابرنواختری ،برخورد میان کهکشانها، کوازار ها ، تپنده ها وواکنشهای نزدیک به سیاهچاله ها از منابع اصلی تولید اشعه گاما در طبیعت به حساب می آیند.

ماه، منبع پرتو گاما(حتی قویتر از  خورشید) در منظومه شمسی ماست. خورشید به تنهایی میزان بسیار اندکی پرتو گاما تولید می کند (البته به جز شراره های خورشیدی) چرا که انرژی کافی برای شتاب دادن ذرات را ندارد. پرتوهای گامای رصد شده از ماه نیز از برهم کنش مابین امواج کیهانی و سطح ماه تولید و ساطع می شوند. چنین اتفاقی بصورت مشابه در خورشید هم شاید رخ بدهد اما میدان مغناطیسی خورشید، مانع از آن می شود تا این امواج کیهانی به سطح آن برسند. چنین بر هم کنش هایی همچنین باعث می شوند تا جو زمین از لحاظ پرتوهای گاما بسیار درخشان به نظر برسد.هیچ منبع پرتوی گامایی به جز اینها در فواصلی نزدیک به ما (در منظومه شمسی)، تاکنون دیده نشده است

تمامی تصاویر پرتو گاما  (و همچنین پرتو X وامواج رادیویی ، مادون قرمز ، ماورای بنفش و ...)بدست آمده از تلسکوپهای فضایی مانند تلسکوپ گلاست و تلسکوپ کامپتون بصورت مجازی رنگ آمیزی می شوند. رنگ های متفاوت نور عادی، برای نمایش دادن میزان قدرت پرتوگاما و یا انرژی آنها به کار می روند. اگر چه دانشمندان در واقع اینگونه تصاویر را برای برقراری ارتباط بیشتر با عموم تولید می کنند، تمامی اطلاعاتی که - از طریق این رصدها - به دست می آید، بصورت عددی است که برای استخراج داده های علمی، این اعداد و ارقام هستند که پردازش می شوند. حتی زمانی که دانشمندان، تصاویر را آنالیز می کنند، در واقع به بررسی اعدادی مشغولند که چنین تصاویری را ساخته اند.

تاثیر امواج گاما در مغز در پیشرفت زبانی کودکان / تکنیک های جدید تدریس برای کودکان مبتلا به سندروم داون واکنش های امواج گاما مغز کودکان در 2 و 3 سالگی موجب رشد و پیشرفت مهارت های زبانی کودکان و اداراک آنها شده و محققان تدریس فشرده کوتاه مدت همراه با تمرین در منزل را برای کودکان مبتلا به سندروم داون مناسب می دانند.

واکنش های امواج گاما در مغز کودکان عامل اصلی در رشد ادارک و توانایی های زبانی در 36 ماه اول زندگی است

به گفته محققان دانشگاه روتگرز، واکنش های امواج گاما در بزرگسالان همانند چسبی عمل می کند که موجب ارتباط شعور، افکار، ادراک، حافظه می شود در حالی که این امواج در کودکان 2 تا 3 ساله عامل اصلی شکل گیری مهارت های زبان و صحبت کردن است.

محققان با بررسی مغز کودکان 16 و 24 و 36 ماهه دریافتند امواج گاما که محل آن در کورتکس و پیشانی قرار دارد با گذشت زمان رشد کرده و از حالت ایستا به حالت پویا تغییر شکل می دهد این روند موجب تشکیل تفکر و مهارت های زبانی در کودکان می شود.

کورتکس پیشانی بخشی از مغز است که با تفکر مرتبط است.

برای شرح مبسوط این تکنولوژی که اکنون در سراسر جهان گسترش چشمگیری داشته، ابتدا باید نقبی به فیزیک امواج الکترومغناطیسی بزنیم تا مزیت ها و محدودیت های این نوع تکنولوژی بهتر درک شود.

امواج الکترومغناطیسی اگر بر روی یک نمودار برود امواجی است که به طور متناوب دارای یک پشته یا برآمدگی و دارای یک فرورفتگی می باشند که اصطلاحا به این نوع امواج به خاطر شکلی که می سازند ، امواج سینوسی می گویند. مهمترین پارامتر ها در این نوع امواج یکی طول موج است و دیگری فرکانس امواج. به عنوان تعریف فاصله دو برآمدگی یا دو فرورفتگی را طول موج می گویند و با ƛ (لاندا) نمایش می دهند.

 

یک برآمدگی و یک فرورفتگی را جمعا یک سیکل می گویند. دلیل اطلاق این نام به خاطر اینست که به خاطر ماهیت متحرک امواج ، بعد از گذر به ترتیب یک برآمدگی و فرورفتگی ، موج دوباره تکرار می شود، یعنی دوباره یک برآمدگی و فرورفتگی دیگر تکرار می شود. خوب با دانستن سیکل میتوان گذر تعداد سیکل در یک واحد زمانی را فرکانس یا بسامد می گویند. واحد زمانی ما در اینجا ثانیه است. واحد فرکانس را با هرتزHz بیان می کنند و با علامت f نشان می دهند. شکل زیر انواع امواج در دنیای پیرامون ما را نشان می دهد. از امواج مرئی گرفته تا امواج نامرئی که با چشم دیده نمی شوند.

 

پارامتر دیگری که در امواج الکترو مغناطیسی مطرح است، سرعت امواج است که سرعت امواج مقداری است ثابت و برابر سرعت نور یعنی 300000 کیلومتر بر ساعت و با c نمایش داده می شود. نکته جالبی که در خاصیت امواج وجود دارد اینست که طول موج با فرکانس نسبت عکس دارد که به صورت فرمول زیر بیان می شود:

ƛ=c/f

به بیان دیگر هرچه طول موج بیشتر باشد فرکانس آن کمتر می شود. همانطور که از شکل هم برمی آید هر چه طول موج امواج کمتر شود ، انرژی امواج زیادتر می شود. با بیشتر شدن انرژی امواج ، میزان نفوذ آن بیشتر می شود. نمونه بارز آن هم اشعه X است که به راحتی در گوشت و ماهیچه های بدن ما نفوذ می کند و به همین خاطر برای عکس برداری استفاده می شود. بدترین امواج گاما است که انرژی آن و نفوذ آن به حدی است که باعث سوختگی در بدن انسان می شود. مثال آن میتوان انفجار اتمی را گفت که به دلیل آزاد شدن امواج گامای زیاد باعث سوختگی های شدیدی در بدن موجودات زنده می شود. نکته دیگری که باید در مورد آن بدانیم و بسیار مهم است اینست که هر چه انرژی امواج و به تبع آن نفوذ آن زیاد می شود برعکس خاصیت انعکاسی آن کمتر می شود. برای درک بیشتر این مساله باید توضیح دهم که امواج در برحورد با موانع گوناگون انعکاس می یابند. در واقع موانع مختلف مثل دیوار یا ساختمان بلند به مانند یک آینه در برابر امواج عمل می کنند و باعث انعکاس امواج می شوند. حالا فهمیدن این مساله برایمان ساده می شود که چرا امواج ایستگاه های رادیویی از امواجی با طول موجی نسبتا بلند هستند چرا که خاصیت انعکاسی امواج بیشتر شود و انعکاس آین نوع امواج در برخورد با لایه های بالای جو زمین ، برد آن بسیار زیاد می شود. برای همین ایستگاه رادیویی که برنامه خود را روی باند

SW مثلا با طول موج 30 متر پخش می کند تا دوردست ها شنیده می شود. چون این امواج با برخورد با لایه یونوسفر جو زمین دوباره به طرف زمین منعکس می شود و برد آن تا صدها کیلومتر می رسد. امواج رادیو FM طول موج بلندتری دارند و به همین علت برد آن کمتر است و می بینید که بیشتر در ایستگاه های رادیو های محلی استفاده گسترده ای دارد. با شرح این مقدمه طولانی خواهیم دید که چرا امواجی که برای اینترنت بیسیم استفاده می شوند، برد خیلی زیادی ندارند و برای افزایش برد آن نیاز به تقویت کننده یا تکرار کننده (Repeater) دارد.

امواجی که امروزه به طور وسیعی در اینترنت بیسیم بکار می رود دارای فرکانس برابر 2.4 گیگاهرتز و یا 5 گیگا هرتز دارند. استفاده از فرکانس 2.4 گیگاهرتز در کل دنیا عمومیت بیشتری دارد ولی در مواردی هم دستگاه هایی هستند که با فرکانس 5 گیگا کار می کنند. اگر بر روی Router های بیسیمی که در خانه دارید ، نگاه کنید عدد 2.4 گیگا هرتز بر روی آن درج شده است. همانطور که گفته شد این امواج با فرکانس نسبتا بالایی که دارند ، قدرت انعکاس و برد آن کمتر می شود ولی در مقابل قدرت نفوذ این امواج در اشیا بیشتر می شود.برای مثال در راهرویی که در خانه شما به شکل L می باشد، در انتهای راهرو به خاطر اینکه در دید مستقیم با Router قرار ندارد ، احتمالا کامپیوتر شما با امواج ضعیفی مواجه می شود. رد شدن امواج در مثال گفته شده بستگی به جنس موادی که در ساختمان بکار رفته بستگی دارد. اگر دیوارهای راهروی مذکور از بتون باشد ، گذر امواج از آن دچار مشکل می شود ولی اگر از جنسی مانند چوب باشد امواج از میان آن گذر کرده و شما با مشکلی روبرو نمی شوید.  حالا ممکن است این پرسش برای شما پیش بیاید که بگید خوب مگه مرض دارند که دستگاه را با این فرکانس درست می کنند تا با مشکل روبرو شود. خب میشه دستگاه را با طول موجی بلند تر ساخت تا همانطور که شرح آن رفت، برد آن زیادتر شود. در جواب باید گفت کاشکی مساله به همین سادگی بود. در حقیقت ساختن فرستنده با طول موج بلند تر برای مهندسان کار سختی نیست مثل همان رادیو مورد مثال. ولی مشکل در اینجاست که امواج مذکور قادر به حمل داده ها (Data)آن هم به حجم زیاد نیستند. در واقع مهندسان این رشته توانسته اند سیل داده ها را  از طریق فرکانس 2.4 گیگا منتقل کنند. منظور از داده واحد های اطلاعاتی هستند که بین کامپیوترها مبادله می شود که در سیستم دیجیتال این داده ها به صورت رشته های درازی از صفر ویک تشکیل شده اند.

 انتقال اینترنت یا همان داده های کامپیوتری در دهه 80 میلادی برای اولین بار در ایالات متحده آزمایش شد. چند سال وقت لازم بود که انجمن مهندسی برق و الکترونیک (IEEE) برای آن استانداردی تعیین کند. نام این استاندارد را IEEE 802.11 نامیدند. تعیین این استاندارد بسیار مهم بود به خاطر اینکه بایستی همه دستگاه هایی که در سراسر دنیا تولید می شوند با هم سازگار باشند و بتوانند با هم ارتباط برقرار کنند. بعدا شرکت های تجاری  نام Wi-Fi (وای- فای) بر روی آن گذاشتند. انتخاب این نام بسیار زیرکانه بود و جنبه تبلیغاتی بالایی داشت و به نوعی به کیفیت بالا به طور غیر مستقیم اشاره می کرد. شما به احتمال زیاد نامHi-Fi (های- فای) را در تکنولوژی انتقال صدا در استریو ها و سایر دستگاه های صوتی شنیده اید. Hi-Fi مخفف کلمه High Fidelity است. ابداع واژه Wi-Fi هم با همین منظور بود که واژه های- فای را در ذهن آدم ها تداعی کند. Wi-Fi نیز مخفف Wireless Fidelity است.